Un laboratoire virtuel calcule la composition optimale du lubrifiant
Prolonger la durée de vie des lubrifiants : Un système de capteurs développé pour une surveillance en temps réel
Les roulements mécaniques et les boîtes de vitesses - comme ceux utilisés dans les véhicules électriques et les parcs éoliens - sont souvent traités avec des lubrifiants pour éviter le frottement et l'usure. Cependant, ces composants peuvent être sous tension. L'efficacité des lubrifiants s'en trouverait altérée au point d'endommager les contacts tribologiques. Dans le cadre du projet de recherche commun Lube.Life, des chercheurs de l'Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux IWM ont mis au point un laboratoire virtuel de lubrifiants, qui peut être utilisé pour prédire les effets des champs électriques sur la stabilité des lubrifiants. Il est ainsi possible de créer des formulations personnalisées pour de nouveaux lubrifiants.
Calcul atomistique de la solubilité des additifs dans le laboratoire virtuel de lubrifiants
© Fraunhofer IWM
Dans les systèmes tribologiques, tels que les roulements, les boîtes de vitesses et les joints, les champs électriques ont un impact sur l'efficacité des lubrifiants et donc sur la durée de vie des composants utilisés. La charge électrique est particulièrement importante dans les véhicules électriques et les parcs éoliens. Ces secteurs utilisent de grandes quantités de lubrifiant sur les roulements des rotors, par exemple, pour réduire le frottement et donc l'usure. Le lubrifiant peut se dégrader avec le temps, ce qui, dans le pire des cas, peut entraîner une défaillance totale du système. L'une des causes de cette dégradation est l'utilisation d'additifs dans les lubrifiants, qui peuvent être affectés par la présence de champs électriques. La séparation à court ou à long terme de ces additifs peut entraîner une panne électrique et endommager les composants. Ce problème prend de plus en plus d'importance dans le contexte de la transition énergétique.
Jusqu'à présent, les parcs éoliens offshore n'ont contrôlé les lubrifiants que lors de la maintenance régulière. Les inspections sont particulièrement difficiles à réaliser pendant les mois d'hiver en raison des conditions météorologiques. Le projet de recherche conjoint Lube.Life a donc mis au point un système de capteurs, composé de capteurs infrarouges, d'humidité, acoustiques et de frottement, ainsi qu'une électronique d'évaluation pour surveiller ces lubrifiants en temps réel. Les données des capteurs, les algorithmes prédictifs en ligne et les données d'analyse simulées sont combinés et utilisés pour créer une évaluation globale du lubrifiant.
Prolonger la durée de vie du lubrifiant
Les signaux des capteurs sont collectés dans un logiciel développé par le coordinateur du projet, QASS, avant d'être analysés dans la partie centrale du logiciel - le laboratoire virtuel du lubrifiant. Cette innovation permet d'évaluer les lubrifiants existants en fonction de leur aptitude électrotribologique. Elle permet également de qualifier les additifs pour lubrifiants et d'effectuer une évaluation préliminaire lors de la conception d'un nouveau lubrifiant. L'un des principaux objectifs est de stabiliser le lubrifiant par l'ajout ultérieur d'additifs appropriés afin de prolonger la phase d'utilisation. "Le laboratoire virtuel de lubrifiants offre de nombreux types d'assistance. Il permet de modifier la composition des additifs d'un lubrifiant lorsque, par exemple, un additif n'est plus disponible ou que son utilisation est légalement interdite pour des raisons environnementales. Il en va de même lorsqu'un lubrifiant ne fonctionne plus correctement parce qu'un additif a formé des gouttelettes et que les propriétés diélectriques du lubrifiant ont changé, ce qui signifie que des ajustements sont nécessaires", explique le professeur Michael Moseler, responsable de l'unité commerciale Tribologie au Fraunhofer IWM de Fribourg. "Jusqu'à présent, notre partenaire de projet ASC Görlach a illustré ce phénomène à l'aide d'un modèle informatique heuristique. Nous avons pu utiliser la dynamique moléculaire pour montrer qu'une réduction de l'énergie de solvatation due à des champs électriques puissants peut entraîner la formation de gouttelettes. Ces gouttelettes peuvent réduire de manière significative la rigidité diélectrique d'un lubrifiant".
Cependant, les chercheurs du Fraunhofer IWM ont également été en mesure de calculer physiquement un certain nombre d'autres paramètres du lubrifiant. Il s'agit notamment de la viscosité, de la conductivité thermique et de la réactivité chimique avec les surfaces. Il est ainsi possible de déterminer l'effet de l'ajout d'une certaine quantité d'un additif spécifique à un lubrifiant. "Le système de capteurs tirera des conclusions en temps réel sur la composition du lubrifiant. En interagissant avec le laboratoire virtuel de lubrifiants, diverses mesures peuvent être prises, allant de la simple notification et du déclenchement d'un ordre de maintenance au dosage supplémentaire automatisé d'additifs", déclare le chercheur à propos de l'interaction des composants.
Les domaines d'application futurs sont nombreux : outre la surveillance des parcs éoliens, un système décentralisé d'analyse et de prévision en temps réel des lubrifiants pourrait être utilisé pour moderniser les installations industrielles et de production, ainsi que les centrales électriques. Au lieu de respecter des périodes de maintenance rigides, les opérateurs seront en mesure d'accroître la flexibilité de la maintenance, en s'adaptant à chaque situation. Le laboratoire virtuel de lubrifiants exploite même ses atouts dans la conception de lubrifiants, en fournissant des informations importantes pour la création de nouvelles formulations.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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